某含炭低品位石煤釩礦選礦工藝研究

張麗敏

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

某含炭低品位石煤釩礦選礦工藝研究

張麗敏

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

某含炭低品位石煤釩礦，嵌布粒度細(xì)、共生關(guān)系復(fù)雜，選礦富集釩難度大，直接冶煉生產(chǎn)成本高。在礦石性質(zhì)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了選礦方案試驗(yàn)，經(jīng)對比確定采用炭浮選-釩浮選的工藝流程對釩進(jìn)行選礦富集，最終閉路試驗(yàn)獲得的釩精礦產(chǎn)率為35.92%，拋尾率達(dá)到64.08%，釩總精礦V2O5品位為1.87%，總回收率為86.05%。成本估算結(jié)果1 t原礦選礦成本為45.897元／t，僅為冶煉成本的15%左右，但可降低冶煉處理量64%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

石煤；選礦；炭浮選；釩浮選

石煤是我國提釩的重要原料之一，但石煤中釩很少以獨(dú)立礦物形式存在，一般以3價(jià)形式類質(zhì)同象賦存于云母類礦物中［1，2］，各種提取石煤釩礦中釩的工藝本質(zhì)均為釩的氧化與轉(zhuǎn)化，即石煤中釩由低價(jià)氧化至高價(jià)（5價(jià)），并轉(zhuǎn)化為溶解度較大的可溶釩，進(jìn)入溶液［3］，通常氧化是由焙燒工藝實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)化是由浸出工藝實(shí)現(xiàn)的［4～8］。然而由于石煤釩礦中釩品位較低，生產(chǎn)1 t產(chǎn)品需要礦石往往大于150 t，且由于焙燒、浸出過程中需要大量的煤炭和酸、堿等藥劑，導(dǎo)致原礦直接冶煉生產(chǎn)成本較高，有文獻(xiàn)報(bào)道，處理1 t石煤釩礦價(jià)格為290.228元［9］，如此高的生產(chǎn)成本導(dǎo)致現(xiàn)在很多石煤提釩廠家處于停產(chǎn)狀態(tài)，這成為限制石煤提釩產(chǎn)業(yè)的瓶頸。因此，尋求新技術(shù)降低釩生產(chǎn)成本、提高釩收率成為石煤提釩可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，其中在石煤釩礦的選冶聯(lián)合工藝成為發(fā)展趨勢之一，通過低成本的選礦技術(shù)可提高原礦中釩的品位，同時(shí)預(yù)先拋除掉50%左右的脈石，大幅度降低了焙燒與浸出的物料量，生產(chǎn)每噸釩所需要的煤炭、酸、堿等藥劑用量大幅度降低，因此，降低了冶煉的生產(chǎn)成本及建設(shè)投資。

本文以湖南某低品位石煤釩礦為研究對象，礦石主要為粘土質(zhì)巖和黑色硅質(zhì)頁巖。試樣中含有炭質(zhì)物，且含釩礦物與脈石嵌布粒度細(xì)、共生關(guān)系復(fù)雜，上述問題的存在導(dǎo)致該礦選礦難度大，主要表現(xiàn)為釩的回收率低，浮選速度慢。研究針對礦石性質(zhì)，通過使用炭浮選-釩浮選的工藝以及陽離子捕收劑VC，有效地提高了釩精礦品位與回收率，提高了浮選效率，試驗(yàn)結(jié)果較為理想。

1 礦石工藝礦物學(xué)研究

原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，礦物組成結(jié)果見表2。從表1化學(xué)多元素分析結(jié)果來看，礦石主要化學(xué)成分是 SiO2、Al2O3、Fe、CaO、S、K2O以及C，少量Ba、Ti、Na2O等，有價(jià)組分釩（以V2O5計(jì)）含量為0.75%。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

從表2結(jié)果可知：試樣主要為粘土質(zhì)巖和黑色硅質(zhì)頁巖。粘土質(zhì)巖的主要組成礦物是石英、蛋白石、伊利石（水白云母）、海泡石、高嶺石、綠泥石等；黑色硅質(zhì)的主要組成礦物是石英、蛋白石，含少量硫化物、碳酸鹽礦物、褐鐵礦、長石、粘土礦物、炭質(zhì)物等。試樣中含有炭質(zhì)物，浮選法將增加藥劑耗損量，降低浮選效率。

表2 原礦礦物組成及相對含量 %

從礦物組成來看，原礦中沒有含釩的獨(dú)立礦物，對釩的物相分析結(jié)果見表3，釩價(jià)態(tài)分析結(jié)果見表4。

表3 釩物相分析結(jié)果 %

表4 釩價(jià)態(tài)分析結(jié)果 %

表4結(jié)果表明：試樣中釩主要以低價(jià)釩（V3+、V4+）的形式存在，約占總釩量的88.24%（其中又以三價(jià)釩為主）；高價(jià)釩（V5+）約占11.76%。礦石中的釩主要以類質(zhì)同象的形式存在。

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對簡單。黑色硅質(zhì)頁巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯微鱗片-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；粘土質(zhì)巖主要為鱗片狀結(jié)構(gòu)、顯微鱗片-泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造主要為微層狀和致密塊狀構(gòu)造，局部可見層紋狀或條帶狀構(gòu)造等。

影響選礦的工藝礦物學(xué)因素：（1）伊利石、高嶺石等呈顯微鱗片狀，石英呈微晶粒狀、蛋白石呈隱晶質(zhì)或微晶質(zhì)，總體上主要礦物間呈顯微級緊密互嵌，礦石需磨礦到較細(xì)才能充分解離。細(xì)磨中釩將隨著云母類礦物、高嶺石等粘土礦物在細(xì)泥級產(chǎn)品中有所富集。但細(xì)泥粒級仍含有較多的微細(xì)粒石英和蛋白石，其粒度甚至更細(xì)于云母類礦物，這在一定程度上會降低釩的回收率；（2）試樣中含有炭質(zhì)物，浮選法將增加藥劑耗損量，降低浮選效率。

2 試驗(yàn)內(nèi)容與討論

針對該礦石性質(zhì)，結(jié)合礦石目的礦物嵌布粒度細(xì)、炭質(zhì)物含量高等特點(diǎn)，分別進(jìn)行了球磨-釩浮選+磁選、球磨溜槽-釩浮選、球磨-炭浮選-釩浮選等方案試驗(yàn)。

方案試驗(yàn)結(jié)果表明球磨-炭浮選-釩浮選方案效果最好。原因?yàn)楸镜V樣中含有炭質(zhì)物，炭的存在不僅會消耗大量的藥劑，并且會降低釩的浮選效率，因此，在浮選回收釩之前通過脫炭消除游離炭對浮選過程的干擾，提高釩的浮選效率。炭浮選過程中，由于炭質(zhì)物吸附了一部分釩，另有一部分細(xì)粒級的釩隨泡沫夾帶而出，因此，炭精礦中V2O5品位較高，可與后續(xù)釩浮選精礦合并作為釩精礦送入冶煉。

圖1中身份標(biāo)識為EID1的LISP主機(jī)呼叫身份標(biāo)識為EID2的LISP主機(jī)，以下畫出算法步驟的整體流程圖。

考慮到該礦物硬度低、粒度細(xì)、易泥化，為減少磨礦礦泥含量，對比了球磨-炭浮選-釩浮選與棒磨-炭浮選-釩浮選兩工藝流程對釩的回收效果，棒磨較球磨磨礦產(chǎn)品礦泥含量明顯降低，同時(shí)釩精礦回收率提高了3%，釩精礦品位略有提高。

為盡可能避免浮選過程中炭物質(zhì)對釩浮選的影響，進(jìn)行了兩段炭浮選。炭浮選以煤油為捕收劑，以MIBC為起泡劑。釩浮選以陽離子捕收劑VC為捕收劑，可有效提高釩回收率，以水玻璃+硫酸鋁為抑制劑。

2.1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

考慮到該礦物硬度低、易泥化，進(jìn)行了磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)，用以確定最佳的磨礦細(xì)度。試驗(yàn)工藝流程如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5試驗(yàn)結(jié)果可知：隨著再磨細(xì)度的增加，精礦V2O5品位降低，V2O5回收率升高。當(dāng)磨礦細(xì)度達(dá)到-74μm占64.69%后，精礦V2O5回收率增加不明顯，但V2O5品位急劇降低，綜合考慮，再磨細(xì)度以-74 μm占 64.69%為宜。

圖1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)工藝流程

2.2 炭浮選煤油用量條件試驗(yàn)

根據(jù)探索試驗(yàn)結(jié)果，炭浮選采用煤油為捕收劑、MIBC為起泡劑。炭浮選條件試驗(yàn)工藝流程如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3試驗(yàn)結(jié)果可知：煤油用量以100 g／t為宜。

圖2 炭浮選條件試驗(yàn)工藝流程

圖3 煤油用量條件試驗(yàn)結(jié)果

表5 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果 %

2.3 釩浮選條件試驗(yàn)

2.3.1 釩粗選pH值調(diào)整劑種類試驗(yàn)

試驗(yàn)固定條件為：水玻璃150 g／t，硫酸鋁250 g／t，VC 150 g／t，試驗(yàn)通過添加硫酸或者碳酸鈉調(diào)節(jié)礦漿pH值。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4試驗(yàn)結(jié)果可知：釩粗精礦V2O5品位與回收率隨著pH值降低而升高，當(dāng)pH值降到5.5以下時(shí)，釩粗精礦 V2O5品位與回收率緩慢升高，綜合考慮藥劑成本，以及高酸條件下硫酸對設(shè)備腐蝕等因素，最終選取礦漿pH值為5.5條件下進(jìn)行釩粗選，此時(shí)pH值調(diào)整劑為硫酸，用量為2 500 g／t。

圖4 礦漿pH值條件試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 釩粗選捕收劑種類試驗(yàn)

考察了幾種不同的陽離子表面活性劑對釩的回收效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，從圖5可知：VC做捕收劑精礦品位與回收率均比其它陽離子捕收劑高，因此，選用VC為浮釩捕收劑。

圖5 捕收劑種類條件試驗(yàn)結(jié)果

2.3.3 水玻璃用量條件試驗(yàn)

為確定最佳水玻璃用量，進(jìn)行了水玻璃用量條件試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知：釩粗精礦V2O5品位隨著水玻璃用量的增加而升高，回收率隨著水玻璃用量增加而降低，當(dāng)水玻璃用量超過150 g／t后，V2O5品位變化不明顯，V2O5回收率大幅度降低，因此，選擇水玻璃用量為150 g／t。

圖6 水玻璃用量條件試驗(yàn)結(jié)果

2.3.4 硫酸鋁用量條件試驗(yàn)

硫酸鋁用量條件試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可知：釩粗精礦V2O5品位與回收率均隨著硫酸鋁用量的增加而升高，說明硫酸鋁不僅對脈石礦物有所抑制，還對釩礦物有活化作用，當(dāng)硫酸鋁用量超過250 g／t后，V2O5品位與回收率變化不明顯，因此，選擇硫酸鋁用量為250 g／t。

圖7 硫酸鋁用量條件試驗(yàn)結(jié)果

2.4 全流程閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小型閉路試驗(yàn)，試驗(yàn)工藝流程如圖8所示，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

圖8 全流程閉路試驗(yàn)工藝流程

表6 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果 %

從表6的試驗(yàn)結(jié)果可知，采用該工藝流程，獲得的釩精礦產(chǎn)率為35.92%，釩總精礦V2O5品位為1.87%，總回收率為86.05%。意味著可降低冶煉處理量64.08%。

2.5 選礦生產(chǎn)成本估算

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果，對選礦成本進(jìn)行估算，包含原材料消耗（包含襯板、機(jī)油、黃油、葉輪蓋板及膠帶消耗）、人工工資、制造及管理費(fèi)用（參考2 000t／d單一礦選礦廠估算）、水電及藥劑消耗（均參考現(xiàn)行價(jià)格），成本估算表見表7。

表7 選礦成本估算

表7結(jié)果表明，處理1 t原礦成本為45.897元／t，有文獻(xiàn)報(bào)告直接冶煉一噸原礦成本290.228元［9］，可見，選礦僅為冶煉成本的15%左右，但通過選礦能預(yù)先拋除掉64%以上的尾礦，即可降低冶煉處理量64%，降低冶煉成本在50%以上。可見通過選冶聯(lián)合工藝能大幅度降低石煤提釩成本。

3 結(jié) 論

1.某低品位石煤釩礦V2O5品位為0.75%，試樣中釩主要以低價(jià)釩（V3+、V4+）的形式存在，約占總釩量的88.24%，高價(jià)釩（V5+）約占11.76%，礦石中的釩主要以類質(zhì)同象的形式存在。原礦中的釩主要賦存于云母類礦物中，約占總釩量的78.13%，其次為褐鐵礦等氧化鐵礦物及高嶺石等粘土礦物中的釩，約占18.55%，金紅石、電氣石、石榴子石等硅酸鹽礦物中的釩約占3.32%。主要脈石礦物為石英、蛋白石。云母類礦物、高嶺石等粘土礦物呈顯微鱗片狀，比重和嵌布粒度都低于主要礦物（也是不含釩礦物）石英，磨礦過程中釩將隨著云母類礦物富集于細(xì)粒級產(chǎn)品中、給分選帶來難度。試樣中含有炭質(zhì)物，浮選法將增加藥劑耗損量，降低浮選效率。

2.在對原礦進(jìn)行充分的礦石性質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上，最終采用棒磨-炭浮選-釩浮選方案對釩進(jìn)行富集回收，經(jīng)條件試驗(yàn)及全流程開路試驗(yàn)，最終閉路試驗(yàn)獲得的釩精礦產(chǎn)率為35.92%，拋尾率達(dá)到64.08%，意味著可以降低冶煉處理量64.08%。釩總精礦V2O5品位為1.87%，總回收率為86.05%。

3.通過選礦成本估算，選礦處理1 t原礦成本約為45.897元，僅為冶煉成本15%左右，但通過選礦可降低冶煉處理量64.08%，可見，在冶煉之前通過本工藝處理石煤釩礦可大幅度降低石煤提釩生產(chǎn)成本。

［1］李茂林，劉鵬，王帆，等.湖北某石煤釩礦工藝礦物學(xué)研究［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2013，（3）：41-46.

［2］李旻廷，吳慧玲，鄧志敢，等.湖北某石煤釩礦工藝礦物學(xué)研究［J］.中國稀土學(xué)報(bào)，2008，（26）：112-115.

［3］張劍，歐陽國強(qiáng)，劉琛，等.石煤提釩的現(xiàn)狀與研究［J］.河南化工，2010，（27）：27-30.

［4］劉景槐，譚愛華.我國石煤釩礦提釩現(xiàn)狀綜述［J］.湖南有色金屬，2010，26（5）：11-14.

［5］何東升，馮其明，張國范，等 .堿法從石煤中浸出釩試驗(yàn)研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2007，（4）：15-17.

［6］王明玉，王學(xué)文.石煤提釩進(jìn)出過程研究現(xiàn)狀與展望［J］.稀有金屬，2010，34（1）：90-97.

［7］廖元雙，魯順利，楊大錦.從石煤浸出液中萃取釩［J］.有色金屬（冶煉部分），2009，（4）：13-16.

［8］何東升，徐雄依，秦芳，等.石煤釩礦焙燒試驗(yàn)研究［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2011，（510）：15-17.

［9］劉大學(xué)，歷彥江，常耀超，等.石煤釩礦直接硫酸浸出工藝擴(kuò)大試驗(yàn)［J］.礦冶，2013，22（4）：60-66.

Study on Mineral Processing of a Low Grade Vanadium Stone Coal Containing High Grade Carbon

ZHANG Li-min
（Hunan Research Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410100，China）

A low grade stone coal vanadium ore has characters of high grade carbon，fine disseminated extent，complex symbiotic relationship，which conduct to the difficulty of vanadium mineral processing.Based on the characteristics of stone coal in Hubei，process of carbon flotation+vanadium flotation was adoped to enrich the grade of V2O5.The closed circuit test obtaioned a concentrate contains V2O51.87%，the recovery rate of vanadium concentrate is 86.05%.The cost of mineral processing is￥45.897 per ton，which is only about 15%of the smelting cost and the economic benefit is remarkable.

stone coal；mineral processing；carbon flotation；vanadium flotation

TD923

A

1003-5540（2015）06-0010-05

2015-09-25

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAB07B03）

張麗敏（1983-），女，工程師，主要從事選礦技術(shù)研究工作。